上海EBIT装置的机械准直

    上海电子束离子阱( EBTT)装置是一台研究高电荷态离子相关物理的实验装置，其主要组成部件包括电子枪、漂移管、超导线圈和收集器。EBIT的基本工作原理是:从电子枪发射出的电子束，经电子枪和漂移管之间的高压间隙加速获得所需能量，在超导线圈产生的强磁场压缩下获得高密度电子束，电子束在漂移管中与中性原子或低电荷态离子逐级碰撞使离子达到高电荷态Ill，电子束离开漂移管后减速，最终被收集器俘获。EBTT装置陷阱区结构如图1所示。

    EB1T是在强磁场的压缩下获得高密度电子束，为了使漂移管中央的电流密度最大，必须使从电子枪阴极发射出的电子束沿超导磁场的轴心运动，因此必须保证电子枪、漂移管和超导线圈同心。此外，为了使电子束在离开漂移管后能够顺利到达收集器，还必须使漂移管、传输线圈和收集器同心^[2.3]如果装置的同心度不好不但影响束流密度，而且会有杂散电子轰击到元件内壁产生二次电子和离子，干扰束流，影响装置的运行状态，甚至会损伤元件和破坏低温系统的热平衡。因此，必须进行准，以使各部件通孔中心线在一条直线上，并与束流中心重合。参照日本TOKYO EBTT的运行经验，为保证装置能正常稳定工作，要求漂移管和超导线圈与电子枪阴极中心偏移量小于0.08mm, BPM、传输线圈及收集器与电子枪阴极中心偏移量小于0.14mm。因此，我们设计了若干调节机构，对各部件进行准直，以保障整个装置的同心度达到要求。

    1准直方案

    上海EBIT装置中，漂移管组件直接安装在超导线圈骨架内，必须能够在真空低温状态下进行准直调节。下游BPM组件装在传输线圈下部，传输线圈直接安装在真空室上，仅在安装时进行大气状态下准直调节。收集器悬臂支撑在真空室上，在真空室气压变化情况下其位置有可能发生变化，因此必须能够在真空状态下准直调节。准直时，只对独立的部件进行调节，部件内各元件的同心度通过台阶定位法，靠精密机械加工来保证。

    目前常用的准直方法有望远镜法、激光跟踪仪法和普通激光法^[3-5]。采用激光跟踪仪法，需要在真空内的部件上放置靶标，而普通激光法则要求产生沿着理想束流中心线的激光束，这些实施起来都十分困难。上海EBTT装置采用准直望远镜法准直。准直时，以电子枪为基准，调节BPM、漂移管、传输线圈、以及收集器等部件的位置，达到准直精度要求，准直方案原理如图2所示。准直误差有以下几方面:(1)准直望远镜的仪器误差σ₁=0.025mm;(2)以电子枪为基准建立基准线的误差σ₂=0.02mm; ( 3)测量各部件中心孔位时的人为测量误差σ₃=0.0lmm。根据误差传递均方根原理，总的测量误差为了，满足精度要求。